46. Общие сведения и классификация методов и приборов для измерения фазовых параметров.
Наряду с амплитудными и частотными параметрами измерение фазовых параметров сигналов, элементов и узлов аппаратуры, линий связи и трактов передачи является одним из наиболее распространенных видов измерений, особенно в радиоэлектронике, информатике и технике связи. Их знание необходимо для обеспечения безискаженной передачи информации и становится особенно важным при передаче любой информации на большие расстояния. Кроме того, с помощью фазовых параметров очень часто оценивают качество самых различных устройств радиоэлектроники, информатики и связи.
Понятия фаза сигнала и разность фаз Вам уже известны из предыдущих курсов и большого практического интереса не представляют. Чаще всего целью фазовых измерений являются фазовые параметры, которые характеризуют конкретное устройство (усилитель, преобразователь, линия связи, тракт передачи и т.д.). К ним относятся фазовый сдвиг и фазовые искажения, характеризующие прохождение сигнала через какое-либо устройство.
Фазовый сдвиг – это изменение фазы сигнала при прохождении его через устройство и определяется он как разность фаз сигналов на выходе и входе этого устройства:
(5.1)
Отклонение же частотной характеристики фазового сдвига (ФЧХ устройства) от линейности называют фазовыми искажениями. Количественная оценка фазовых искажений производится с помощью группового времени запаздывания (ГВЗ). Различают абсолютное и относительное ГВЗ. Абсолютное ГВЗ определяется не только характером ФЧХ устройства, но и физической длиной тракта передачи сигнала, т.е. характерно для линии связи большой протяженности.
Абсолютное ГВЗ определяется производной абсолютного фазового угла по круговой частоте:
(5.2)
где
– абсолютный фазовый угол, на который
изменится фаза синусоидального сигнала
при распространении его по какой-то
цепи за время
,
определяемый как
(5.3)
Подставив (5.3) в (5.2) получим окончательно
(5.4)
Второе слагаемое в выражении (5.4) учитывает изменение задержки фазы сигнала, т.е. времени его распространения с частотой.
Другими словами это слагаемое показывает зависимость времени распространения сигнала по цепи от частоты.
При практических измерениях ГВЗ бесконечно малые приращения фазы и частоты заменяются малыми конечными приращениями и определяют относительное ГВЗ:
(5.5)
где
и
—
фазовые сдвиги на частотах
и
соответственно.
Так как в технике связи всегда определяется задержка сигнала на данной частоте относительно какой-то опорной частоты (например в каналах тональной частоты это частота 1000 Гц, в широкополосных каналах – это средняя частота канала и т.п.), то значение однозначно характеризует величину фазовых искажений передаваемого сигнала.
Наибольшее распространение на практике получили следующие методы измерения фазовых сдвигов:
метод суммы и разности напряжений;
нулевой метод;
метод преобразования фазового сдвига во временной интервал;
осциллографический метод.
При измерении ГВЗ широкое применение находят два метода:
метод измерения “по точкам”;
метод передачи модулированных сигналов.
Следует отметить, что все методы измерения фазового сдвига могут быть использованы для косвенного определения ГВЗ. С другой стороны в диапазоне СВЧ особенно малые фазовые сдвиги определяют по результатам измерения ГВЗ.
В соответствии с ГОСТ 15094-86 все приборы для измерения фазовых параметров образуют подгруппу Ф и подразделяются на следующие виды:
Ф2 – измерители фазового сдвига,
Ф3 – фазовращатели измерительные,
Ф4 – измерители ГВЗ.
Как и частотно-временные измерения, фазовые измерения могут быть абсолютными и относительными. Задачей абсолютных изменений является количественная оценка значений и ГВЗ, а задачей относительных измерений – определение их изменений. В частности довольно часто изменение имеет случайный характер и обусловлено флюктуациями фазы сигнала. Измерение флюктуации фазы сигналов относится уже к числу задач, которые решаются методами измерения характеристик случайных сигналов и в этом разделе не рассматриваются. Отметим только, что помимо фазометров разрабатываются такие специализированные приборы, как статистические анализаторы флюктуаций фазы, анализаторы функций корреляции фазы и анализаторы спектра флюктуаций фазы.